焊接应力与变形的产生
焊接应力和焊接变形的产生
焊接应力和焊接变形的产生一、焊接时焊件不均匀的局部加热和冷却焊接时焊件受到不均匀的局部加热和冷却是产生焊接应力和焊接变形的最主要的原因。
应力是指物体内部单位面积上所承受的力。
由于焊接时焊件的局部被加热，从而形成了焊件上温度分布的不均匀，使焊件出现了不均匀的热膨胀。
加热的金属由于受到周围金属的阻碍，使其膨胀不能自由地实现而受到压应力，周围的金属则受到拉应力。
当被加热金属的压应力超过金属的屈服点时，就会产生缩短的塑性变形。
在焊接冷却后，由于加热的金属在加热时已产生了压缩的塑性变形，因此最后的长度要比未被加热的金属的长度短些，但在这时，周围的金属又会阻碍它的缩短，结果在被加热的焊缝金属中产生了拉应力，而在周围金属中则产生了压应力。
通常把这种在焊接加热和冷却过程中产生的应力称为热应力。
二、焊缝金属的收缩焊缝金属在凝固和冷却过程中，体积要发生收缩，由于这种收缩受到了原来未被加热部分的金属的约束，这样，在焊件中就产生了应力和变形。
通常把这种由于焊接熔池冷凝收缩所引起的应力称为凝缩应力。
在焊缝长度方向的收缩称为纵向收缩，使焊件沿焊缝长度方向缩短；在垂直于焊缝长度方向上的收缩称为横向收缩，使焊件在垂直于焊缝方向的宽度变窄。
一般焊缝金属的收缩量取决于熔化金属的数量，例如，焊接V形坡口对接接头时，由于焊缝上部宽，熔化金属多，收缩量大，所以上下收缩不一致，造成角变形。
三、焊缝金属的组织变化在焊接过程中，由于不同的焊接热循环作用，使得焊缝金属及热影响区的金相组织都要发生改变。
由于各种组织的密度不同，焊缝金属冷却下来就会发生体积的变化，而这种体积变化同样也受到周围没有组织变化的金属的约束，其结果使焊缝金属内部产生了应力。
通常把这种由于组织变化产生的应力称为组织应力。
四、焊件的刚性或约束焊件的刚性或约束限制了焊件在焊接过程中的变形。
一般说来，如果焊件在焊接时能自由地收缩，则焊后焊件的变形较大而焊接应力较小；如果焊件由于受到外力的限制或本身刚性较大，使得焊件不能自由收缩，则焊后焊件的变形较小而焊接应力较大。
焊接应力、焊接变形的产生和控制
力。 焊接变形 ， 即由于 焊接而引起 的焊件变形 。 焊 接变形 包括 焊接过 程 中的变 形 和焊接 残余 变形 。焊后焊件不 能消失 的变 形 ， 为焊接残 称 余 变形。我们将 主要讨 论焊接 残余应 力 、 接 焊 残余 变形 的产 生和控制 。 １焊 接残余 应力 与焊 接残余 变 形产 生 的
原 因
影响 焊接 应力与变形 的因素很多 ， 最根本 的原因是焊件受热不均匀， 其次是由于焊缝金 属 的收缩 、 金相组织 的变 化及焊件 刚性 的不 同 所致。 另外。 焊缝在焊接结构中的位置、 装配焊 接顺序、 焊接方法、 焊接电流及焊接方向等对 焊接应力与焊接变形的大小、 向、 方 分布等也 都有 一定影响 。 ２焊接残余应力和焊接残余变形的分类 ２ ． １焊接残余应力
瞄囵团困口囫嗣口丽ＵＮ Ｌ Ｕ Ｉ￣ Ｉ Ｕ ｏ
ａ ｃ ｔ ｓ
工 业 技 术
焊接应 力 、 接变形 的产 生和控制 焊
李 季
（ 齐齐哈 尔市 自来水集 团广源给水 工程有限公 司， 黑龙江 齐齐哈 尔 １ １０ ） ６ ０ ５
摘 要： 影响焊接 应 力与 变形 的 因素很 多 ， 最根本 的原 因是 焊件 受热 不均 匀， 其次 是 由于 焊缝金 属 的 收缩 、 相组 织 的 变化 及 焊件 刚 金 性 的 不 同所致 。本文 将主要 讨论 焊接 残余 应 力、 焊接 残余 变形 的产生 和控制 。
２ ． ４按焊接应力在焊接结构 中存在的情 况划 分 单向应力 （ 线应力） ；两向应力 （ 平面应 力 ） 向应力 （ ；三 体积应力 ） 。 ２ ． 内应力 的发生 和分 布范围划 分 ５按 第一类应力 ， 又称宏观应力 ； 第二类应力， 又称微观应力； 第三类应力 ， 它的平衡范围更 小， 其平衡范围只可用品格尺寸来比量。 焊接残余变形 ， 焊接变形分为六种基本变 形形式 ： 变形 ： 向收缩变 形 ； 向收缩变 收缩 纵 横 形； 弯曲变形 ； 角变形 ； 波浪变形 ； 曲变形； 扭 错 边变形 。 ３焊接残余应力、焊接残余变形的控制 措施 针对这些不同种类的焊接残余应力和焊
浅谈焊接应力与变形
浅谈焊接应⼒与变形浅谈焊接应⼒与变形在焊接⼯程中，由于焊接过程中多⽅⾯的原因，产⽣了焊接应⼒与焊接变形，⼀直是⽐较常见的现象，给⼯程质量和⼯程成本带来了不利的因素。
如何防⽌和减少焊接应⼒，将焊接变形控制在最⼩范围内，是每个焊接⼯程技术⼈员和⾼级焊⼯应该考虑的⼀个现实问题。
⼀、焊接应⼒产⽣的原因我们说存在于焊接结构中的应⼒，是在焊接过程中，焊体中产⽣的随时间（实际上是随温度）⽽变化的变形和应⼒分别称为焊接瞬时变形和焊接瞬时应⼒，焊后（冷却到⾃然温度）焊件中残留的变形和应⼒分别称为焊接残余变形和焊接残余应⼒。
这些应⼒和由于应⼒产⽣的焊体变形对焊件的质量是有很⼤影响的，它直接影响了焊接结构的制造外观尺⼨和内在质量，也影响到焊接结构的使⽤性能，并且减少使⽤寿命。
焊接应⼒和焊接变形产⽣的原因是多⽅⾯因素造成的。
如果概括为⼀句话就是在焊接过程中不均匀的加热和冷却作⽤在各种材料和结构上，表现出的受⼒状态和形状的效应。
⼆、焊接应⼒的种类存在于焊接结构中的应⼒，按其产⽣的原因和性质可简单分为五类。
1、热应⼒焊接过程中不均匀加热和不均匀冷却⽽产⽣的热应⼒，它是焊接中最常见的焊接应⼒。
2、拘束应⼒焊接过程中主要是结构本⾝或外加拘束作⽤⽽产⽣的应⼒。
3、相变应⼒焊接过程中在焊缝接头及热影响区产⽣不均匀的⾦属组织转变⽽引起的应⼒。
这种应⼒产⽣于碳当量较多或焊接⼯艺不当时。
4、氢应⼒焊接后，在焊接接头区域由于扩散氢聚集在显微缺陷处⽽引起的局部应⼒。
例如，空⽓湿度较⼤或焊条烘烤温度不够等原因⽽引起含氢量⼤量产⽣时。
5、焊接残余应⼒焊接以后存在于结构内的应⼒，尤其在焊接压⼒容器、球形储罐等⼯程中，焊接后会产⽣⼤量的焊接残余应⼒。
各种焊接应⼒的⼤⼩和分布都与焊接材料、钢材的性质、焊接⼯艺⽅法、热输⼊、焊接⼯艺参数、焊接装配顺序及焊⼯的操作⽅法有密切的关系，同时结构本⾝的形状及外加拘束度、焊接环境等条件也是有关的。
焊接应⼒往往综合叠加出现。
焊接应力与变形产生的原因及对策
焊接应力与变形产生的原因及对策
在焊接过程中，常常会出现应力和变形现象，这些现象不仅会影响焊接质量，还会降低焊接件的使用寿命。
因此，了解焊接应力和变形产生的原因，并采取相应的对策，对于提高焊接质量至关重要。
焊接应力产生的原因主要有以下几个方面：
1. 热应力：焊接时，焊接热源的热量会使焊件局部温度升高，
由于热膨胀系数的差异，焊接件的不同部位会发生不同程度的热膨胀，从而产生内部应力。
2. 冷却应力：焊接结束后，焊缝处的温度会逐渐降低，但是焊
接件周围的温度并没有立即降低，这种温度梯度会使焊接件产生冷却应力。
3. 焊接残余应力：焊接过程中，焊接件的形状和尺寸会发生变化，当焊接结束后，焊接件的形状和尺寸会发生恢复变化，这种恢复变化会产生残余应力。
针对上述应力产生的原因，可以采取以下对策：
1. 控制热输入：通过控制焊接热源的热量和焊接速度等参数，
尽量减少焊接时的热输入，从而减小焊接件的热变形。
2. 合理的后热处理：焊接结束后，在焊接件的温度下降到一定
程度后，可以采取合理的后热处理措施，如退火、正火和淬火等，以减小焊接件的残余应力。
3. 使用预热和预变形的方法：在焊接前，可以采取预热和预变
形的方法，使焊接件的温度和形状发生变化，从而减小焊接时的热变
形和残余应力。
4. 优化焊接结构：在焊接结构设计时，可以采用合理的结构形式和焊接工艺，降低焊接应力和变形的产生。
总之，采取合理的措施，减小焊接应力和变形的产生，可以有效提高焊接质量和使用寿命。
焊接应力与变形
喷水冷却；紫铜散热板
如图示
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圆筒体对接焊缝焊接顺序 返 回
散热法示意图 返 回
不对称焊缝的焊接 先焊
后焊 返 回
长焊缝（1m以上）焊接 总体的焊接方向
２
分段退焊示意图
５
返 回
反变形法
焊接之前
焊接后 返 回
将焊件固定在刚性平台上。 薄板拼接时的刚性固定
将焊件组合成刚性更大或对称的结构 T形梁的刚性固定和反变形
工字梁的扭曲变形
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焊接残余应力基本知识
一、焊接残余应力的分类
1. 按产生应力的原因分 （1）热应力 （2）组织应力（相变应力） （3）凝缩应力应力 （4）拘束应力 （5）氢致应力
2. 按应力存在的时间分 （1）焊接瞬时应力 （2）焊接残余应力
二、焊接残余应力的分布
1. 纵向残余应力 x的分布
利用焊接夹具增加结构的刚性和拘束。 对接拼板时的刚性固定
利用临时支撑增加结构的拘束。
防护罩焊接时的临时支撑
返
回
控制残余应力的措施
1. 设计措施 1）尽量减少结构上焊缝的数量和焊缝尺寸。 2）避免焊缝过分集中，焊缝间应保持足够 的 距离。
3）采用刚性较小的接头形式。 减小接头的刚性措施
2.工艺措施
交叉焊缝的焊接 返 回
受力最大的焊缝应先焊 返 回
加热“减应区”法
黄色的区域代表焊缝
返
红色的区域代表加热区域
回
焊接残余变形的矫正
1）机械矫正法：平板机、千斤顶（5-300吨手动液压千 斤顶顶起的最大高度是160-180mm）
卷板机（最多可4辊）
如图示
2）火焰矫正法：将伸长的部分加热 500℃-800℃（褐 红色）然后自然或强冷
浅析焊接应力与焊接变形的产生原因与控制措施
浅析焊接应力与焊接变形的产生原因与控制措施发布时间：2021-11-23T07:49:15.621Z 来源：《工程管理前沿》2021年19期作者：宋建义王龙庆[导读] 随着焊接技术不断进步，现代焊接向着大型化、高精度的方向发展，如何采取措施控制减小金属构件在焊接过程中发生的应力与变形，从而提高焊接质量有着十分重要的现实意义。
宋建义王龙庆中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东青岛 266111摘要：随着焊接技术不断进步，现代焊接向着大型化、高精度的方向发展，如何采取措施控制减小金属构件在焊接过程中发生的应力与变形，从而提高焊接质量有着十分重要的现实意义。
关键词：焊接应力焊接变形产生原因控制措施焊接应力和变形是指焊接过程中焊件中产生的内应力和焊接热过程引起的焊件的形状和尺寸变化，在焊接过程中，由于焊件局部的温度发生变化，产生应力变形。
进而导致了构件产生变形。
因此，通过对焊接结构及焊接变形的分析，通过对焊接工艺焊件结构设计等方面采取有效措施，从而提高焊接质量及工作效率。
一、焊接应力与焊接变形产生的原因焊接应力，是焊接构件由于焊接而产生的应力。
焊接过程中焊件中产生的内应力和焊接热过程引起的形状和尺寸变化。
焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。
当焊接引起的不均匀温度场尚未消失时，焊件中的这种应力和变形称为瞬态焊接应力和变形；焊接温度场消失后的应力和变形称为残余焊接应力和变形。
在没有外力作用的条件下，焊接应力在焊件内部是平衡的。
焊接应力和变形在一定条件下会影响焊件的功能和外观，因此是设计和制造中必须考虑的问题。
1、焊件的不均匀受热（1）对构件进行不均匀加热，在加热过程中，只要温度高于材料屈服点的温度，构件就会产生压缩塑性变形。
冷却后，构件就会有残余应力。
（2）焊接过程中焊件的变形方向与焊后焊件的变形方向相反。
（3）焊接加热时，焊缝及其附近区域将产生压缩塑性变形，冷却时压缩塑性变形区要收缩。
焊工工艺学(第四版)第六章
6. 错边变形
错边变形 ａ) 长度方向的错边 ｂ) 厚度方向的错边
二、影响焊接残余变形的因素
1. 焊缝在结构中的位置
焊缝在结构上位置不对称造成的弯曲变形 ａ) 单道焊缝的钢管焊接 ｂ) T形梁的焊接
2. 焊接结构的刚度
（1）结构抵抗拉伸的刚度 主要决定于结构截面积的大小。 （2）结构抵抗弯曲的刚度 主要看结构截面的形状和尺寸大。第六章 焊接应力与变形
§ 6-1 焊接应力与变形的形成 § 6-2 焊接残余变形 § 6-3 焊接残余应力
§ 6-1 焊接应力与变形的形成
一、焊接应力与焊接变形
焊接构件由焊接而产生的内应力叫焊接应力， 焊 后残留在焊件内的焊接应力叫焊接残余应力。
物体在受到外力的作用时，会出现形状、尺寸的变 化，称为物体的变形。焊件由焊接产生的变形叫焊接 变形，焊后焊件残留的变形叫焊接残余变形。
几种梁的截面形状
（3）结构抵抗扭曲的刚度 除了决定于结构的尺寸大小外， 最主要的是结构 截面形状。 一般来说，短而粗的焊接结构， 刚度较大；细而 长的构件，抗弯刚度小。结构整体刚度总是比部件刚 度大。因此，生产中常采用整体装配后再进行焊接的 方法来减少焊接变形。
3. 焊接结构的装配及焊接顺序
工字梁的装配顺序和焊接顺序 ａ) 工字梁的结构形式 ｂ) 边装边焊顺序 ｃ) 总装后再焊接顺序
5. 热平衡法
采用热平衡法防止焊接变形
四、残余变形的矫正
1. 机械矫正法
工字梁焊后变形的机械矫正 ａ) 拱曲焊件 ｂ) 用拉紧器拉 ｃ) 用压头压 ｄ) 用千斤顶顶
2. 火焰矫正法
火焰矫正法的加热方式 ａ) 点状加热 ｂ) 线状加热 ｃ) 三角形加热
（1）点状加热矫正 火焰加热的区域为一个点或多个点，加热点直径一 般小于15mm。 （2）线状加热矫正
浅析焊接应力与焊接变形产生的原因及控制措施
除此之外， 焊接方法 、接头 形式 、坡 口形 式、坡 口角度 、焊 件装配 间隙 、对 口质量 、
轴 ；对 于不对称 的焊接 结构 ，采 用合理 的焊 接 顺 序 ，均 会 使 焊 接 变 形 明 显 减 少 。 再 次 ，焊 缝 坡 口形 式 的合 理 选 择 也 很 重要 。焊 缝的坡 口形式对 焊接变 形的影 响较 大 焊缝 的坡 口角度越 大，熔敷 金属 的填 充 量 就 越 大 ， 沿 着 板 厚 方 向 的 横 向 收 缩 就 越 不 效 的控 制 它 ， 之 危 害程 度 降至 最 小 。 使 均 匀 ，焊 接 变 形 就 越 大 。 通 常 情 况 下 ，不 开 控 制 内应 力 的方法 其基 本 要求 有两 个 ： 坡 口的焊缝 因为熔 敷金属 填充量 小， 比开坡 焊件 上热量 尽量均匀 和尽量 减少对 焊缝 自由 口的焊缝焊接变形要小。 收缩 的限制 。通 常采用的工艺措施有两种 ： 一 最后 ，应尽量 减少不 必要 的焊 缝 。在 焊 是采 用合理 的装配 与焊接顺 序 。主 要是在装 接 结构设计 中 ，常用筋板 来提 高钢 结构 的稳 配和 焊接 的顺 序安排 上尽量 使焊缝 能 自由的 定 性和 刚度 ，但 是筋板数 量太 多，焊缝过 于 收缩， 可有 效的控制焊接应力 ；二是采用焊 密 集 ，产 生的热 量大 ，焊 接变形就 越大 因 便 前 预 热 泵 技 术 ， 焊 工 件 各 部 位 的温 差 越 大 ， 被 此 ，应在保 证构件 强度 的情况下 ，尽量减 少 焊 缝 的 冷 却 速 度 越 快 则 焊 接 接 头 的 残 余 应 力 不必 要 的焊 缝 。 ２ 、选 择 合 理 的焊 接 方 法 和 并 规 范操 作 越 大 。预 热 既 能 减 小 工 件 各 部 位 的 温 差 ， 能 又 减 缓 冷 却 速 度 ， 以 是 降 低 焊 接 残 余 应 力 的有 所 选 择 焊 接 方 法 和 规 范 的原 则 是 ：在 保 力 措 施 之 一 。 预 热 可 分 为 局 部 预 热 或 整 体 预 证焊 接质量 和力学 性能 的前提下 ，选用较低 热 。对刚性大 、厚度大 的工件 ， 应整体 预热， 的线 能量 ，能有 效地防止 焊接变形 。例如 ： 这样降低残余应 力的效果更佳 。 埋 弧 自动焊 与手工 电弧焊 相 比，功 率大 ，热 除 了上面 两种 控制 应力 的 方法外 ， 还有 利用 率高 ，焊接速 度快 ，焊缝收缩 小 ，焊接 在焊 接结构 的设计上采 取措施 ， 例如 ： 称布 变 形就小 ；气焊 比电弧焊 的焊后变 形大 ，也 对 置焊 缝 、避 免封 闭焊 缝等 。以及对 阻碍焊接 是 因为气焊 时 ，焊 件受热 范围大 ，加上焊接 接头 自由收缩 的部位加温， 使之与焊缝 同步伸 速度 慢 ，使 金属受 热体积 增大 ，导 致焊后变 缩， 种方法称为 “ 应法 ”。 这 减 形大 。用二 氧化碳 气体保 护焊代替 手工 电弧 ２ 消除 焊 接 应 力 的 方 法 、 焊 ，不仅 生产效率 可 以提 高，而且 焊接变形 消 除焊 接应 力 的 方 法 主 要 有 ： 处 理 法 、 热 也小 。 ３ 、采用反变形法进行焊接变形控制 机械法、振动法 。 根 据 生 产 中 已经 发 生 的焊 接 变 形 的规 焊后热 处理 是消除残余应力的有效方法， 也是 广泛采用 的方法 。它可 分为整 体热处理 律 ，预先把 焊件人 为地制成 一个变 形 ，使这 和 局 部 热 处 理 。 一 般 是 将 被 焊 工 件 加 热 到 Ａ 个 变 形 与焊 接 后 发 生 的变 形方 向相 反而 且 １ 线 以下， 保温均 匀， 再缓慢冷却， 以达到残余应 数值 大小相 等， 以达到防 止产生焊接 残余变 力 消 除 。 ￣ Ｑ ３ Ｂ １ Ｍ Ｒ 料 焊 后 热 处 理 的 形 。这种方 法在实 际生产 中使用较广 泛 。例 Ｈ２ ５ 、 ６ｎ 材 温 度 一 般 选 为６ ５ ±２ ℃ 。 ２℃ ５ 如 ：采用外 力或夹 具将构件 紧压在具 有足够 机 械 法 ， 机 械 的 方 法 施 加 外 力 使 冷 却 刚度 的平 台上，使 它产生 一个反变 形，然后 用 后 的 焊 缝 金 属 产 生 延展 ， 达 到 消 除 应 力 的 目 以 再进行焊接。 ４ 、矫 正 焊 接 变 形 的 方 法 的 ， 种 方 法 叫 机 械 法 消 除 应 力 。 如 锤 击 焊 这 缝 ： 卷板机 上压辗焊 缝 ： 焊缝结构 实行有 在 对 当前矫正 焊接变 形的方法 主要有 两种 ： 控制的过载等都是机械法消除应力的方法 。 是机 械矫 正法 。即利用外 力使被焊 金属产 振动法泵技术 ， 水泵技术， 泵阀技术， 水泵 生与 焊接变 形方 向相反的 塑性变形 ，使两者 Ｃ Ｄ 泵数值模拟 ， Ｆ， 以低 频率震动整个构件 以达 相互 抵消 。除压力 外，还可用 锤击法 来延展 到 消 除应 力 的 目的 。 焊缝 及其周 围压缩 塑性变形 区域的金 属 ，达 三 、 焊 接 变 形 的控 制措 施 与消 除 方 法 到 消 除 焊 接 变 形 的 目的 ：二 是 火 焰 加 热 矫 正 焊 接变 形 决定 于结 构参 数 （ 包括 焊件 结 法 。即利用 火焰局邵 加热 时产 生的压 缩塑性 构 的 几 何 形 状 、板 厚及 焊 缝类 型 等 ） 材 料 参 变 形 ， 使 较 长 的 金 属 冷 却 后 收 缩 ， 来 达 到 矫 、 数 （ 括 基 体 材 料 、焊 接 材 料 种 类 和 状 态 ） 包 和 正变 形 的 目的 。矫正应 遵 循如 下两 个原 则 ： 制作因素 （ 包括焊接 工艺、焊接参数、组焊程 ①矫 正位置要 正确 。须分析构 件变形 的原 因 序等） 。因此控制焊接变形 也得从这些方面入 及构件 的 内在 联系 ，搞 清各部 件相互 间的制 手。 约关 系。②矫 正顺序要 正确 。先矫正 主要变 １ 、从焊缝着手控制焊接变形的措旌 形 ，后 矫正次 要变形 ，多种矫 正方法 并用时 首 先 ， 要 选 择 合 理 的 焊 缝 尺 寸 。焊 缝 尺 要注意几种方法 的先后顺序 。 寸 的 大 小 不 仅 关 系 到 焊 接 工 作 量 ， 而 且 对 焊 接 变 形 也 产 生 较 大 的 影 响 。焊 缝 尺 寸 过 大 ， 参考文献： 焊 接 量 就 大 ，焊 接 变 形 就 越 大 ； 而 过 小 的 焊 ｆ ］ 洪 哲 田 辉 鹅 《 接 应 力 和 变 形 １ 张 焊 缝 尺 寸 ， 由于 冷 却 速 度 过 快 ，容 易 产 生 一 系 的 控 制 方 法 》 ［ ］ 企 业 科 技 与 发 展 ２ ０ Ｊ ９ ０ 列的焊接 缺陷 ，影响焊 接质量和 降低焊缝 的 （ ）： ２ 【 】 江 《 接 变形 的 控 制 和 预 防 》 【】 ２朱 焊 Ｊ 力学性 能。 因此 ，在保 证结构承 载力和焊 缝 ０ ９（ 的焊接质 量的前 提下 ，应选取最 小 的焊缝 尺 电 焊机 ２ ０ ８） ）； 【 】熊 大 胜 《减 少 大 型 焊 接 结 构 件 变 ３ 寸。 其次 ，应安排 合理 的焊缝位 置 。对 于焊 形的措 施》 【］ 金属加 工 （ Ｊ 热加 工 ） ２ １ ００ 缝 位置 的选取 ，应尽可 能在对称 于截面 中性 （２）。 轴 ，或接 近于 中性轴 的位置上 安排焊缝 。对 于对称 的焊接 结构 ，焊 缝布置应 对称于 中性
焊接应力与变形产生的原因及对策
焊接应力与变形产生的原因及对策
焊接过程中，由于焊接热量的作用，会引起材料的膨胀和收缩，从而产生应力和变形。
这些应力和变形会影响焊接件的尺寸精度、强度和耐久性，甚至导致焊接件出现裂纹和变形失效。
造成焊接应力和变形的原因主要有以下几个方面：
1. 热应力：焊接过程中，由于焊接热量的作用，使得焊接区域的温度急剧升高，从而引起材料的扩张和收缩。
这种温度差异会产生热应力，导致焊接件发生变形和应力。
2. 冷却应力：焊接完成后，焊接件会迅速冷却，冷却速度过快会导致焊接件表面和内部温度梯度过大，产生冷却应力，进而引起应力和变形。
3. 材料不匹配：焊接材料的热膨胀系数、熔点、硬度等物理性质不同，容易导致焊接区域产生应力和变形。
4. 焊接结构设计不合理：焊接结构设计不合理，如焊接位置不当、焊接接头不够强壮等，容易导致应力集中和变形。
针对焊接应力和变形的问题，可以采取以下对策：
1. 控制焊接热量：采用合适的焊接参数，控制焊接热源的大小和位置，以减少焊接区域的温度梯度，从而降低应力和变形。
2. 加强冷却措施：在焊接完成后，采取适当的冷却措施，如缓慢冷却、局部加热等，以减少焊接件的冷却速度，从而降低冷却应力。
3. 选择合适的焊接材料：选择合适的焊接材料，如选择热膨胀
系数和熔点相似的材料，可以减少焊接区域的应力和变形。
4. 优化焊接结构设计：优化焊接结构设计，加强焊接部位的加强设计，采用适当的焊接方式和焊接技术，可以减少应力集中和变形。
总之，采取合适的对策，可以有效地控制焊接应力和变形，提高焊接件的质量和性能。
焊接应力与变形
薄板拼接时的刚性固定 30
焊接教学
焊接残余变形
2）将焊件组合成刚性更大或对称的结构。
T形梁的刚性固定和反变形
31
焊接教学
焊接残余变形
• 3）利用焊接夹具增加结构的刚性和拘束。
对接拼板时的刚性固定
32
焊接教学
焊接残余变形
• 4）利用临时支撑增加结构的拘束。
防护罩焊接时的临时支撑
• 如果压应力小于金属材料的屈服点，则当 杆件温度从T1恢复到T0时，若允许杆件自 由收缩，则杆件将恢复到原来长度L0，杆 件中不存在应力。
• 如果杆件温度很高，产生的压应力大于材 料的屈服点，则杆件产生塑性变形”，在 杆件温度恢复到了。的自由收缩结束后， 将比原来缩短，产生了压缩塑性变形。
9
焊接教学 焊接应力与变形的产生
➢ 焊件在焊后沿焊缝长度方间的收缩称为纵向缩短 。
➢ 焊件在焊后垂直于焊缝方向的收缩叫横向缩短。
18
焊接教学
焊接残余变形
2．角变形
• 角变形产生的根本原因：由于焊缝的横向收缩沿 板厚分布不均匀所致。角变形的大小以变形角α 进行度量。
几种接头的角变形
T形接头的角变形
19
焊接教学
焊接残余变形
3. 弯曲变形
• 3）对于焊缝非对称布置的结构，装配焊接时应 先焊焊缝少的一侧。
压力机压型上模的焊接顺序
35
焊接教学
焊接残余变形
4）焊缝对称布置的结构，应由偶数焊工对称地施焊 。
圆筒体对接焊缝焊接顺序
36焊接教学焊接来自余变形• 5）长焊缝（1m以上）焊接时，可采用下图所示 的方向和顺序进行焊接，以减小其焊后的收缩变 形。
焊接变形与应力产生的根本原因
第一节 焊接变形与应力产生的原因
二、焊接变形与应力产生的原因
当金属杆件在加热过程中受到阻碍，其长度不能自由
增长，则在杆件中将产生内部变形。如果内部变形率的 绝对值小于金属屈服强度时的变形率，说明杆件中受到 小于σs的应力。当杆件温度恢复到T0时，如果允许杆件 自由收缩，则杆件将恢复到原来的长度L0，杆件中也不
消除残余应力的措施
织与性能） 1.高温回火（改变金相组 两侧压应力区域局部加 热） 2.热塑性法（在焊接接头 3.机械拉伸法 1.弯曲共振法 4.振动法：利用振动产生 的交变应力来消除部分 残余应力 2.扭曲共振法
注：振动法的优点，从应力消除效果看，振动法比用同样大 小的静载拉伸效果好，且具有设备简单，价廉，处理成本 低，时间短，无高温回火的金属氧化问题等优点。
工艺措施
工艺原则
1.先焊收缩量较大的焊缝 焊缝 2.先焊工作时受力较大的 1.采用合理的焊接顺序和 方向 3.在拼板时，应先拼焊错 开的短焊缝 然后在焊直通的长焊缝 刚性较大、自由度较小 的焊缝时，可采用 2.在焊接封闭焊缝后其他 的自由度 反变形法来增加焊缝处 3.锤击或碾压焊缝 4.焊接时预热和跟踪加热
存在应力。
第一节 焊接变形与应力产生的原因
如果杆件温度升得较高，使其内部变形率大于金属屈
服时的变形率，杆件中不但产生达到屈服极限的应力， 同时还产生压缩塑性变形。在杆件温度恢复到T0的过程中， 若允许自由收缩，最后杆件比原来长度缩短ΔLp，杆件 中也不存在内应力。
如果不能自由收缩，则会在杆件中产生内应力。
1.机械矫正法：
焊接变形和焊接应力
焊接变形和焊接应力焊接变形和焊接应力焊接是一种局部加热的加工方法，热源集中在焊缝处加热，因而造成焊件上温分布不均匀，最终导致在焊接结构内部产生了焊接变形与焊接应力。
一、焊接变形1. 焊接变形的概念由焊接而引起的焊件尺寸和形状的改变称为焊接变形。
焊接过程结束后，残国在焊接结构中的变形，称为焊接残余变形。
本书中提到的焊接变形指的是焊接残余变形。
2. 焊接变形的类型及产生原因焊接变形可分为收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形、扭曲变形等几种形式焊件局部（焊缝和焊缝附近的金属）不均匀加热和冷却是产生焊接变形的根本用因。
焊接时，加热是通过移动的高温电弧热源进行的，焊缝和焊缝附近的金属温度很高，受热金属要膨胀，其余大部分金属不受热，受热金属的膨胀受到阻碍和抑制，生了压缩塑性变形。
焊完冷却后，焊缝和附近的金属因收缩而变短，却又受到周围受热金属的限制，就使焊件产生了内应力，以致产生变形。
各类焊接变形的具体原因各不相同，与焊缝在焊件中的位置、加热方法、焊接序等因素密切相关。
焊接变形的类型及产生原因见表2-3-7。
3. 预防和矫正焊接变形的方法及措施（1）预防焊接变形的方法及措施预防焊接变形可以从焊接结构设计和焊接工艺两方面进行。
在焊接结构设计时要在保证结构有足够强度的前提下，尽量减小焊缝的数量和尺寸;对称布置焊缝;必要时预先留出收缩余量;采用冲压结构代替焊接结构;将焊缝布置在最大工作应力之外等。
预防焊接残余变形的工艺措施主要有∶1）选择合理的装配焊接顺序。
装配焊接顺序对焊接结构变形的影响很大。
对称焊接、不对称焊缝先焊焊缝少的一侧和减少长道直焊缝等都可以很大程度上减少焊接变形量。
如图2-3-13所示的工字梁，当采用1、2、3、4的焊接顺序时，虽然结构的焊缝对称，焊后仍将产生较大的上拱弯曲变形，但如果改为将工字梁1、2焊缝的长度分成若干段，采取分段、跳焊的对称焊接，先焊完总长度的60%～70%，然后将工字果翻转180°焊接3、4焊缝，也采取分段、跳焊的对称焊将3、4焊缝全部焊完。
焊接应力与变形
（1）纵向收缩引起的弯曲变形
焊缝的纵向收缩引起的弯曲变形 （2）横向收缩引起的变曲变形
焊缝的横向收缩引起的弯曲变形
焊接残余变形
4.波浪变形
波浪变形常发生于板厚小于6mm的薄板焊接过 程中，又称之为失稳变形。
焊接残余变形
（1）点状加热
（2）线状加热
焊接残余变形
（3）三角形加热
工字梁弯曲变形的火焰矫正
火焰加热矫正焊接变形的取决于下列三个因素： （1）加热方式 （2）加热位置 （3）加热温度和加热区的面积
焊接残余应力
本节主要内容： 一、焊接残余应力的分类； 二、焊接残余应力的分布； 三、焊接残余应力对焊接接头的影响； 四、减小焊接残余应力的措施； 五、消除残余应力的措施； 六、焊接残余应力的测定方法。
在疲劳节段专门进行讲解。
3.残余应力对机械加工精度的影响
机械加工后，原内应力的平衡打破， 工件将产生变形。
机械加工引起内应力释放和变形
焊接残余应力
4.残余应力对受压杆件的影响
波浪变形是构件由于内应力产生构件局部失稳 造成。
当杆件的长细比λ（大于150),失稳临界应力 本来就低,或内应力较低时,外载应力与残余应力 之和在失稳之前未达到屈服极限,残余应力对稳定 性不会产生影响。
焊后，当焊件温度降至常温时，残存于焊件中的应 力称为焊接残余应力，焊件上不能恢复的变形称 为焊接残余变形。
钢受热时力学性能的变化
为了便于讨论，对于低碳钢材料作如下假设：在 0～500℃时，屈服点不变，而在500～600℃时， 按直线规律减小到零。600℃以上时，就变为塑 性材料
焊接应力与变形
第二章焊接应力与变形本章主要讨论焊接应力与变形的基本概念及其产生原因；焊接应力的分布规律；焊接过程中如何降低焊接应力和焊后如何消除焊接残余应力；焊接变形的种类，焊接过程中如何控制焊接变形和焊后的矫正措施。
第一节焊接应力与变形的产生一、应力与变形的基本知识1．应力物体在单位截面上表现的内力称为应力。
根据引起内力的原因不同，应力可分为：工作应力：物体由于外力作用在其单位截面上出现的内力。
内应力：物体在无外力作用下而存在于内部的应力。
内应力按其产生的原因不同分为热应力、装配应力、相变应力和残余应力。
2．变形物体在外力或温度等因素的作用下，其内部原子的相对位置发生改变，其宏观表现为形状和尺寸的变化，这种变化称为物体的变形。
按变形性质可分为：弹性变形和塑性变形；按变形的拘束条件可分为：自由变形和非自由变形。
二、研究焊接应力与变形的基本假定（1）平截面假定（2）金属性能不变的假定（3）金属屈服点的假定三、焊接应力与变形的产生原因影响焊接应力与变形的因素很多，如焊件受热不均匀、焊缝金属的收缩、金相组织的变化及焊件刚性与拘束的影响等，其最根本的原因是焊件受热不均匀。
为便于了解焊接应力与变形产生的基本原因，首先对均匀加热时产生的应力与变形进行讨论。
1．均匀加热时引起应力与变形的原因（1）不受约束的杆件，均匀加热属于自由变形，无残余应力，无残余变形。
（2）受约束的杆件在均匀加热时的应力与变形如果加热温度较低，材料的变形在弹性范围内，根据虎克定律，应力与应变符合线性关系，当温度恢复到原始温度时，杆件自由收缩到原来的长度，压应力全部消失，即不存在残余应力与残余变形。
如果加热温度比较高，达到或超过材料屈服点温度时，杆件的压缩变形量增大，产生塑性变形，此时的内部变形率由弹性变形率和塑性变形率两部分组成。
当温度恢复到原始温度时，弹性变形部分恢复，塑性变形部分不能恢复。
①若杆件能自由收缩，则由于压缩塑性变形的出现，杆件将比原来长度缩短，出现缩短的残余变形，但无残余应力存在。
第五节 焊接结构中的应力与变形
第五节焊接结构中的应力与变形在焊接生产中，焊接应力与变形的产生是不可避免的。
焊接过程结束，焊件冷却后残余在焊件的内应力即焊接残余应力往往是造成裂纹的直接原因，同时也降低了结构的承载能力和使用寿命。
焊接后产生的变形即焊接残余变形造成了焊件尺寸、形状的变化，这给正常的焊接生产带来一定困难。
因此，在焊接生产中的一项重要任务就是控制焊接残余应力和焊接残余变形。
一、焊接残余应力1．焊接残余应力的产生及其对焊接结构的影响焊接时，不均匀地加热与冷却是产生焊接残余应力的主要原因。
以低碳钢（20钢）为例，在加热时，随着温度的升高，特别是在300℃以上的温度时其强度迅速降低。
当温度达到600℃左右时，屈服便接近于零（图6-5)。
焊接过程中由于加热的不均匀，在高温时，金属的屈服为零的情况下，处于自由变形状态。
当焊接热源移开后，金属恢复强度时其收缩变形受到周围金属的限制，同时组织转变过程中又发生体积的变化，从而产生了焊接残余应力。
一般来说，在焊接条件下主要存在下面几种应力。
图6-5低碳钢屈服与温度的关系---实测曲线一简化曲线(1)温度应力温度应力又称热应力，它是由于金属受热不均匀，各处变形不一致且互相约束而产生的应力。
焊接过程中温度应力是不断变化的，且峰值一般都达到屈服点，因此必然发生塑性变形。
焊接结束冷却后，也必然有残余应力保留下来。
(2)组织应力焊接过程中，金属组织进行相变时将产生体积变化，主要是由于各种组织具有不同的热物理性能（表6-5）。
当焊缝金属从高温冷却，奥氏体分解时产生的铁素体、珠光体、马氏体等都会产生体积膨胀，转变后的这些组织都具有较小的膨胀系数。
奥氏体分解产生的体积膨胀并不是在自由状态下进行的，而是受到周围金属的约束。
同时，由于焊接的不均匀加热与冷却，因此组织的转变也是不均匀的，结果产生了应力。
对于低碳钢和一些低合金高强钢焊后冷却时，奥氏体分解为珠光体和贝氏体的温度较高的低碳钢的相变点为723℃），此时金属呈好的塑性，奥氏体转变时发生的体积变化阻力很小，因此不会造成很大的应力。
焊接变形和焊接应力
第一章焊接应力与变形第一节焊接应力与变形的产生一、焊接应力与变形的基本知识1、焊接变形物体在外力或温度等因素的作用下,其形状和尺寸发生变化,这种变化称为物体的变形。
当使物体产生变形的外力或其他因素去除后变形也随之消失,物体可恢复原状,这样的变形称为弹性变形。
当外力或其他因素去除后变形仍然存在,物体不能恢复原状,这样的变形称为塑性变形。
2、应力物体受外力作用后所导致物体内部之间的相互作用力称为内力。
另外,在物理、化学或物理化学变化过程中,如温度、金相组织或化学成分等变化时,在特体内部也会产生内力。
作用在物体单位面积上的内力叫做应力。
根据引起内力原因的不同,可将应力分为工作应力和内应力。
工作应力是由外力作用于物体而引起的应力;内应力是由物体的化学成分、金相组织及温度等因素变化,造成物体内部的不均匀性变形而引起的应力。
3、焊接应力与焊接变形焊接应力是焊接过程中及焊接过程结束后,存在于焊件中的内应力。
由焊接而引起的焊件尺寸的改变称为焊接变形。
三、焊接应力与变形产生的原因1、焊件的不均匀受热(1)不受约束的杆件在均匀加热时的应力与变形其变形属于自由变形,因此在杆件加热过程中不会产生任何内应力,冷却后也不会有任何残余应力和残余变形。
(2)受约束的杆件在均匀加热时的应力与变形如果加热温度较高,达到或超过材料屈服点温度时(T﹥T=600),则杆件中产生压缩塑性变形,内部变形由弹性变形和塑性变形两部分组成。
当温度恢复到原始温度时,弹性变形恢复,塑性变形不可恢复,可能出现以下三种情况:①如果杆件能充分自由收缩,那么杆件中只出现残余变形而无残余应力;②如果杆件受1绝对拘束,那么杆件中没有残余变形而存在较大的残余应力;③如果杆件收缩不充分,那么杆件中既有残余应力又有残余变形。
(3)长板条中心加热(类似于堆焊)引起的应力与变形(4)长板条一侧加热(相当于板边堆焊)引起的应力与变形2、焊缝金属的收缩当焊缝金属冷却、由液态转为固态时,其体积要收缩。
焊接应力与变形
焊接应力与变形一、什么叫应力：物体在受到外力作用发生变形的同时，其内部会出现抵抗变形的力，这个力叫内力，而这个物体单位截面所受的内力叫应力。
在焊接时，当没有外力的存在，由构件不均匀受热或不均匀冷却产生的内应力叫焊接应力。
焊后残余在焊缝内部的应力叫焊接残余应力。
当焊件的内应力突破其屈服点就会产生的变形叫焊接变形。
二、焊接应力和变形产生的原因：假设一根钢筋，在无拘束的情下均匀加热，因受热膨胀它会变长、变粗，然后让其自然冷却，它会变回原来的尺寸和大小，这时它不会产生应力与变形。
如果把它二头进行钢性拘束固定，然后对其进行均匀加热，这时它因为热膨胀会要变长，但由于二头钢性固定阻挡而不能伸长，这时它可能会变弯，由于二头被刚性拘束固定，被自己的内应力压短或弯了，这时让它自然冷却，它会变短、变弯。
在焊接过程中，由于焊件是不均匀加热，我们可以把焊件的加热分为二部份，一部份是焊缝和离焊缝很近的高温区，还有一部份是离焊缝较远的低温区，而高温区就是上面所说的钢筋，而低温区就是刚性拘束固定的点，当高温区受热时要膨胀、伸长，而低温区会阻碍其自由膨胀、伸长，这时就会产生一个内应力，这个力就是焊接内应力，当焊接内应力突破其屈服点就会产生焊接变形。
三、影响焊接应力与变形的因素：1、焊接工艺，采用不同的焊接工艺，它产生的应力与变形的情况也不同。
2、焊缝的位置，3、装配和焊接的顺序4、焊缝尺寸和坡口的形式5、焊件的形状与尺寸6、焊接参数和施焊的方法四、控制焊接应力与变形的措施：1、设计阶段：①、焊缝尽量不要集中，焊缝间保持足够的距离。
②、尽可能减少焊缝的数量和尺寸。
③、选用填充金属少的坡口形式。
④、尽量不把焊缝布置在工作应力最大的区域。
⑤、在残余应力集中在拉应力区域时，应避免几何不连续性，以免内应力进一步增大。
2、焊接阶段：①采用合理的装配和焊接顺序。
②焊前预热，焊后缓冷。
③焊接时采用小线能量，多层多道焊，焊件刚性大时采用冷焊法。
五、消除应力与变形的方法：①整体或局部高温回火。
焊接应力与变形
观变形和内部变形两种，如图1-1。
2.应力：物体受外力作用后所导致物体内部之间的相互作用
力。
按引起内力原因的不同，可分为工作应力和内应力。
内应力的显著特点：在物体内部，内应力是自成平衡的，形
成一个平衡力系。
3.焊接应力与焊接变形：
焊接应力是焊接过程中及焊接过程结束后，存在于焊件中的
内应力。
焊接变形是由焊接而引起的焊件尺寸的改变。
返回
图1-13
a)
b)
图1-13 圆形镶块闭焊缝的残余应力 a)封闭焊缝 b) σ θ 和σ r 的分布
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图1-14
a)
b)
c)
图1-14 焊接梁柱的纵向残余应力分布 a)焊接T形梁的残余应力 b)焊接工字梁的残余应力 c)焊接箱形梁的残余应力
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图1-15 圆筒环缝纵向残余应力分布
图1-15 圆筒环缝纵向残余应力分布
返回
图1-2 低碳钢的屈服点与温度的关系
在500℃以下，屈服点 与常温相同，不随温度 而变化；500℃ ~600℃ 之间，屈服点迅速下降； 600℃以上时呈全塑性 状态，即屈服点为零
返回
焊接应力与变形产生的原因
1.焊件的不均匀受热： 2.焊缝金属的收缩： 3.金属组织的变化：钢在加热与冷却过程中发生相变 可得到不同的组织，这些组织的比体积不一样，由此 造成焊接应力与变形。 4.焊件的刚性和拘束：焊件自身的刚性及受周围的拘 束程度越大，焊接变形越小，焊接应力越大。
2）通常，焊接过程中焊件的变形方向与焊后焊件的 变形方向相反。
3）焊接加热时，焊缝及其附近区域将产生压缩塑性 变形，冷却时压缩塑性变形区要收缩。
4）焊接过程中及焊接结束后，焊件中的应力分布是 不均匀的。焊接结束后，焊缝及其附近区域的残余应 力通常是拉应力。
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第一节 焊接应力与变形的产生
主要内容
1. 简要介绍什么是焊接结构以及为何要学 习焊接结构相关知识
2. 变形与应力的基本知识 3. 研究焊接应力与变形的基本假定 4. 焊接应力与变形产生的原因
2020/8/19
什么是焊接结构以及为何要学习焊 接结构相关知识
2020/8/19
1. 前章介绍的焊接结构应用领域
冷却
2020/8/19
t<ts 加热过程中的变形全部为弹性变形
t>ts 内部变形由弹性变形+塑性变形
t<ts
温度恢复后，杆件自由收缩到原始 尺寸，应力全部消失
t>ts 1.如果能充分自由收缩
2.如果杆件受到绝对约束
3.如果杆件的收缩不充分（实际情况）
焊件不均匀受热时应力与变形的产生
1. 典型长板条构件中心加热时的应力与变 形情况（补充焊接时的温度分布,并通过 板书详解图1-3 P5）
再其次
焊缝位置、焊接顺序、焊接电流、焊接方向等
2020/8/19
1.焊件不均匀受热时应力与变形的产生
均匀加热时的应力与变形
不受约束
加热 均匀
冷却
加热过程中不产生任何内应力
冷却后也不会残留热核残余应力 与残余变形
2020/8/19
焊件不均匀受热时应力与变形的产生
均匀加热时的应力与变形
受约束
加热 均匀
2. 典型长板条构件一侧加热时的应力与变 形情况（通过板书详解图1-4 P6）
2020/8/19
焊接应力与变形产生的其他因素
2. 焊缝金属在冷却过程中的体积不能自由 收缩引起
3. 由于焊接时的高温电弧使金属在加热及 冷却过程中发生相变，产生了不同的金 相组织，由于此组织的比体积不相同而 引起
4. 与焊件本身的刚性及周围的约束引起不 同的变形程度
到大，随后趋于稳定。 4. 焊缝金数量填充量增加—横向收缩量增大 5. 热输入、焊材板厚及坡口角度增大—横向收缩量
增大
2020/8/19
焊接残余变形的五种基本变形形式
二． 角变形 1. 平板堆焊中的角变形
2020/8/19
焊接残余变形的五种基本变形形式
二． 角变形 2. 对接接头的角变形
2020/8/19
纵向及横向收缩量的计算
2. 多层对接焊缝
第一层焊缝 的横截面积
x k2 AH L A
焊缝的长度
屈服应变值
焊件的横截 面积
2020/8/19
k2 1 85 sn
焊缝层数
横向收缩变形的规律
1. 焊接线能量增大—横向收缩量增大 2. 装配间隙增大—横向收缩量增大 3. 横向收缩量的分布规律：沿着焊接长度方向由小
什么是焊接应力与焊接变形
内应力Leabharlann 焊接应力 焊接变形焊接瞬时应力 焊接过程中的某一瞬时值 焊接瞬时变形
焊接后残留于焊件中的值
焊接残余应力 焊接残余变形
2020/8/19
研究焊接应力与变形的基本假定
1. 为何在研究焊接应力与焊接变形时提出 基本假定，以及在其他科学研究中提出 假定的必要性
2. 研究焊接应力与变形提出哪几种假定
变形与应力的基本知识
什么是变形
外力 温度
形状 尺寸
改变
变形
弹性变形 塑性变形
在外力或其他因素作用下发生变形，当外力或其他因素去除后变形也随之 消失，物体恢复原状
相反，当外力或其他因素去除后，变形仍然存在，即物体不能恢复到原状 态下的变形
2020/8/19
变形与应力的基本知识
1. 举例说明什么是变形（图1-1板书详解） 2. 什么是自由变形、自由变形率 3. 什么是非自由变形、外观变形率及内部
生收缩而引起
横向收缩变形与 纵向收缩基本相 同，但是影响的 因素较多：线能 量、接头形式、 装配间隙、板厚
等
2020/8/19
纵向收缩变形的影响因素
1. 焊缝的长度 2. 焊件的横截面积大小 3. 焊接材料的弹性模量 4. 焊件中产生压缩塑性变形的区域面积大
小 5. 产生压缩塑性的变形率
2020/8/19
2020/8/19
第二节 焊接变形
1. 焊接残余变形的种类及其影响因素 2. 预防焊接变形的措施 3. 校正焊接残余变形的方法
2020/8/19
1.焊接残余变形的种类及其影响因素
焊接残余变形的五种基本变形形式
一. 收缩变形
由于焊缝及其附近区域 在焊接高温的作用下产 生纵向的压缩塑性变形， 当焊接冷却后该区域产
采用多层焊接 工艺代替单层
焊(补充)
焊接时提高焊件的初 始温度，可降低压缩
塑性的变形量
选择线膨胀系数较 小的材料进行焊接
纵向及横向收缩量的计算
1. 单层对接焊缝
焊缝的横截 面积
x k1AH L A
焊缝的长度
焊件的横截 面积
y 0.18 AH
K1为系数，与焊接方法和材料有关
板厚
2020/8/19
纵向收缩变形的规律及措施
1. 焊件的横截面积越大—焊 件的纵向收缩量越小
2. 焊缝的长度越长—焊件的 纵向收缩量越大
3. 焊接时的热输入越大—纵 向收缩越大
4. 焊件的原始温度越高—焊 件的纵向收缩量越大
5. 焊件材料的线膨胀系数越 大—焊件的纵向收缩量越 大
2020/8/19
采用间断焊缝代替 连续焊缝
2020/8/19
研究焊接应力与变形的基本假定
1. 平截面假定 2. 金属性能不变假定 3. 材料内部组织均匀性假定 4. 金属屈服点与温度关系的简化处理（图
1-2板书详解）
2020/8/19
焊接应力与变形产生的原因
影响焊接应力与变形的原因
主要
其次
焊件的受热不均匀
焊缝金属的收缩、金相组织的变化 及焊件本身的刚性不同
2. 从株洲电力机车公司生产实际介绍在引 进先进技术之前的焊接生产工艺与引进 之后的生产工艺比较
3. 通过学习我们可以分析实际的焊接结构 中的各种焊接缺陷、焊接接头中的脆化 区、软化区、各种劣质区等，从而可以 合理地设计焊接结构，正确选择焊接材 料，采用适宜的焊接设备及制定正确的 焊接工艺，提高焊接质量。
变形率
2020/8/19
变形与应力的基本知识
什么是应力
什么是应力 什么是内力
由外力或其他因素引起物 体内部之间的相互作用力
2020/8/19
单位截面积上的内力
1.工作应力 2.内应力
变形与应力的基本知识
内应力详解
内应力是在没有外力的条 件下平衡于物体内部的应力
产生的原因
温度应力（热应力）
内应力
残余应力
由于构件受热不均匀引起
（举例：金属框架详解，
如果不均匀温度场所造成的内应力达到 材料的屈服极限，使局部区域产生塑性 变形，当温度恢复到原始的均匀状态后 产生了新的内应力即残余应力
此种情况在温度应力不 高，即低于材料的屈服 极限，框架里不产生塑 性变形）
2020/8/19
变形与应力的基本知识